[发明专利]总线式IO采集与控制扩展装置

权利要求书

1.一种总线式IO采集与控制扩展装置，其特征在于，该装置包括：ARM控制模块、电源变换模块、CAN总线通信模块、开关量输入模块、模拟量输入模块、脉宽调制PWM输出模块和模拟量输出模块，其中，

所述ARM控制模块包括ARM处理器以及连接到所述ARM处理器的复位电路、时钟电路、编程接口，所述ARM控制模块向外扩展系统总线，所述CAN总线通信模块、所述开关量输入模块、所述模拟量输入模块、所述PWM输出模块和所述模拟量输出模块分别通过该系统总线与所述ARM控制模块相连；

所述电源变换模块将9～30V的输入直流电压转换为5V的直流电压，向ARM控制模块和其他模块供电；

所述开关量输入模块与开关量输入设备相连，所述ARM控制模块通过扫描开关量输入模块与系统总线连接的端口的引脚电平来采集所述开关量输入设备的开关状态数据；

所述模拟量输入模块与模拟量输入设备相连，所述ARM控制模块通过系统总线的串行同步接口SPI访问所述模拟量输入模块来采集所述模拟量输入设备的电压或电流变化数据；

所述ARM控制模块将采集到的开关状态数据和电压或电流变化数据进行处理后，按照规定的数据格式通过所述CAN总线通信模块发送给系统主控制器；

同时，该扩展装置通过所述CAN总线通信模块接收来自系统主控制器的控制命令，所述ARM控制模块对所述控制命令解析后得到控制信号，通过所述PWM输出模块将相应的控制信号输出给与所述PWM输出模块相连的PWM控制设备，通过所述模拟量输出模块对与其相连的模拟量控制设备进行实时调整，实现对所述模拟量控制设备的驱动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述ARM控制模块根据用户配置情况，对所述开关量输入模块和所述模拟量输入模块进行信号类型选择和模式配置：选择开关量输入或是模拟量输入，选择电压型模拟量输入信号或是电流型模拟量输入信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述CAN总线通信模块具有1路CAN总线通信接口；所述CAN总线通信模块依次由光电隔离电路、电平转换电路、CAN总线通信接口电路连接组成，所述光电隔离电路连接到所述系统总线的CAN通信功能引脚上，所述CAN总线通信接口电路与系统主控制器连接。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关量输入模块具有16路相同的开关量输入电路，相应具有16路电平信号输入接口；每个开关量输入电路依次由光电隔离电路、运算放大器电路、开关量输入接口电路连接组成，所述光电隔离电路连接到所述系统总线的通用输入输出GPIO引脚上，所述开关量输入接口电路与外部的开关量输入设备相连。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开关量输入电路中：

表示某一开关量输入设备的开关状态的开关量输入信号DI从电阻R1的一端输入，R1的另一端分别与电阻R2、稳压二极管D1的负极、隔离运算放大器U1的正向输入端相连，D1的正极接地，U1的负向输入端分别与U1的输出端、带有施密特触发功能的缓冲器U2的输入端相连，U2的输出端信号P0经过光电隔离后输入到所述系统总线的输入引脚中，以供ARM控制模块对某一开关量输入设备的开关状态数据进行采集；

所述系统总线的输出引脚输出的模式配置信号经过光电隔离后成为配置信号P1，分别从电阻R3、R4的一端输入，R3的另一端与PNP型晶体管Q1的基极相连，R4的另一端与NPN型晶体管Q2的基极连接，Q1的射极连接到电源正端VCC上，Q2的射极接地，Q1的集电极和Q2的集电极连接在一起，共同连接到电阻R2的另一端。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述稳压二极管D1起到过压保护的功能，当开关量输入信号DI的电压值超过稳压二极管D1的稳压值时，电压就会降落在电阻R1上，从而保证了U1输入端的电压不会超过其安全电压，进而保证了U1不会被损坏。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟量输入模块具有16路相同的模拟量输入电路，包括8路电压型模拟量输入电路和8路电流型模拟量输入电路，相应具有8路电压型模拟量输入接口和8路电流型模拟信号接口；每个模拟量输入电路依次由光电隔离电路、模数转换电路、运算放大器电路、模拟量输入接口电路连接组成，所述光电隔离电路连接到所述系统总线的SPI接口和通用输入输出GPIO引脚上，所述模拟量输入接口电路与外部的模拟量输入设备相连。